JP6207355B2 - ３次元表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に係り、特に液晶によるパララックスバリアパネルを用いた３次元表示装置に関する。

眼鏡を使用しない３次元画像の表示方法として、パララックスバリア方式が知られている。パララックスバリア方式とは、パララックスバリアパネル呼ばれる複数の縦方向の細かいスリットが入った板の後方に、右眼からの視野の画像と、左眼からの視野の画像とを縦に短冊状に切り取って交互に並べた画像を設置し、その画像をパララックスバリアを介して３次元の画像を表示する方法である。

特許文献１には、パララックスバリアパネルを液晶を用いて形成することによって、２次元画像、および、３次元画像の両方を表示可能とした３次元表示装置の構成が記載されている。

特許文献２には、パララックスバリアパネルとしてＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶パネルを用いた３次元画像表示の構成が記載されている。

特開平３−１１９８８９号公報 特開２０１２−３７８０７号公報

３次元画像表示方式として、専用の眼鏡を使用するものと、これを使用しないものとが存在する。パララックスバリア方式は、パララックスバリアパネルに形成されたバリアパターンを利用して、表示装置に表示された画像を左眼用と右眼用に空間分割して立体表示するもので、専用眼鏡は不要である。

液晶を用いたパララックスバリアパネルは、２次元画像と３次元画像を必要に応じて容易に切り換えることが出来るという利点を有している。すなわち、パララックスバリアパネルにバリア信号を印加してバリアパターンを形成すると３次元表示することが出来、パララックスバリアパネルにバリア信号を印加しない場合は２次元することが出来る。

一方、パララックスバリア方式特有の現象として、画像を見る位置が固定されていれば、正常な３次元画像を視認できるが、視線が移動すると、例えば、本来右眼で認識すべき画像情報を左眼で認識する現象が生じ、これがにじみやぎらつきの原因になる。このような現象をクロストークと称する。

液晶表示装置は視野角が問題となるが、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置は、液晶分子を基板と平行方向に回転させることによって透過率を制御するので、他の方式の液晶表示装置に比べて視野角特性が優れているという特徴を有する。

一方、パララックスバリアパネルにＴＮ方式の液晶表示パネルを使用した場合、液晶表示パネルの視野角特性に影響を受け、視線が移動すると色の変化やコントラストの変化等による画像の劣化が問題となる。したがって、この場合は、表示装置にＩＰＳ方式の液晶表示装置を使用しても、パララックスバリアパネルとして使用するＴＮ液晶パネルの視野角特性の影響を受ける。

本発明の課題は、視線を移動しても表示品質を劣化させること無く、３次元画像を認識できるパララックスバリア方式の３次元表示装置を実現することである。

本発明は以上のような課題を解決するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）画素電極が形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板を有するＩＰＳ方式の液晶表示パネルと、第１の方向に延在して第２の方向に第１のピッチで配列するバリア電極が形成されたバリア基板と対向電極が形成された対向基板を有するＴＮ方式の液晶パネルであるパララックスバリアパネルを積層したパララックスバリア方式の３次元表示装置であって、前記パララックスバリアパネルは、第１の数の隣接する前記バリア電極に電圧を印加することによってバリア領域を形成し、前記バリア領域に隣接し、前記第１の数の隣接するバリア電極には電圧を印加しないことによって開口領域を形成し、前記バリア領域と前記開口領域が第２のピッチで形成され、前記電圧を印加する前記バリア電極を変えることによって、前記バリア領域の位置を変えることが出来、前記ＴＦＴ基板の下には第１偏光板が配置し、前記カラーフィルタ基板の上には第２偏光板が配置し、前記バリア基板の上には第３偏光板が配置し、前記対向基板の配向軸方向は、表示画面の水平方向と４５度±１０度の角度をなし、前記カラーフィルタ基板の配向軸の方向と前記対向基板の配向軸方向とは、４５度±１０度の角度をなすことを特徴とする３次元表示装置。

（２）前記バリア電極の下に、絶縁膜を介して、第２のバリア電極が前記バリア電極と前記バリア電極の隙間を埋めるように配置し、前記第１の数のバリア電極と前記第１の数の前記第２のバリア電極によって、前記バリア領域が形成されることを特徴とする（１）に記載の３次元表示装置。

（３）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（１）に記載の３次元表示装置。

（４）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極と前記第２のバリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（２）に記載の３次元表示装置。

（５）前記第２偏光板と前記対向基板との間にλ/２位相差板が配置していることを特徴とする（１）に記載の３次元表示装置。

（６）前記バリア電極の下に、絶縁膜を介して、第２のバリア電極が前記バリア電極と前記バリア電極の隙間を埋めるように配置し、前記第１の数のバリア電極と前記第１の数の前記第２のバリア電極によって、前記バリア領域が形成されることを特徴とする（５）に記載の３次元表示装置。

（７）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（５）に記載の３次元表示装置。

（８）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極と前記第２のバリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（６）に記載の３次元表示装置。

（９）前記λ/２位相差板と前記対向電極との間には第４偏光板が配置していることを特徴とする（５）に記載の３次元表示装置。

（１０）前記バリア電極の下に、絶縁膜を介して、第２のバリア電極が前記バリア電極と前記バリア電極の隙間を埋めるように配置し、前記第１の数のバリア電極と前記第１の数の前記第２のバリア電極によって、前記バリア領域が形成されることを特徴とする（９）に記載の３次元表示装置。

（１１）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（９）に記載の３次元表示装置。

（１２）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極と前記第２のバリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（１０）に記載の３次元表示装置。

（１３）画素電極が形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板を有するＩＰＳ方式の液晶表示パネルと、第１の方向に延在して第２の方向に第１のピッチで配列するバリア電極が形成されたバリア基板と対向電極が形成された対向基板を有するＴＮ方式の液晶パネルであるパララックスバリアパネルを積層したパララックスバリア方式の３次元表示装置であって、前記パララックスバリアパネルは、第１の数の隣接する前記バリア電極に電圧を印加することによってバリア領域を形成し、前記バリア領域に隣接し、前記第１の数の隣接するバリア電極には電圧を印加しないことによって開口領域を形成し、前記バリア領域と前記開口領域が第２のピッチで形成され、前記電圧を印加する前記バリア電極を変えることによって、前記バリア領域の位置を変えることが出来、前記ＴＦＴ基板の下には第１偏光板が配置し、前記カラーフィルタ基板の上には第２偏光板が配置し、前記バリア基板の上には第３偏光板が配置し、前記対向基板の配向軸方向は、表示画面の水平方向と４５度±１０度の角度をなし、前記カラーフィルタ基板の配向軸の方向と前記対向基板の配向軸方向とは、０度±１０度であることを特徴とする３次元表示装置。

（１４）前記バリア電極の下に、絶縁膜を介して、第２のバリア電極が前記バリア電極と前記バリア電極の隙間を埋めるように配置し、前記第１の数のバリア電極と前記第１の数の前記第２のバリア電極によって、前記バリア領域が形成されることを特徴とする（１３）に記載の３次元表示装置。

（１５）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（１３）に記載の３次元表示装置。

（１６）人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極と前記第２のバリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる（１４）に記載の３次元表示装置。

本発明によれば、パララックスバリア方式による３次元表示装置において、観察者の視線が移動した場合でも、画像を大幅に劣化させることなく３次元画像を認識することが出来る。

本発明における３次元表示装置の断面模式図である。 パララックスバリア方式の原理を示す断面模式図である。 縦櫛歯を有する画素電極と横櫛歯を有する画素電極の例を示す平面図である。 パララックスバリアパネルの動作を示す断面図である。 縦櫛歯の画素電極で、ｅ−ｍｏｄｅ動作の場合の偏光板の透過軸の方向と各基板の配光軸の方向を示す模式図、および、縦櫛歯の画素電極で、ｏ−ｍｏｄｅ動作の場合の偏光板の透過軸の方向と各基板の配光軸の方向を示す模式図である。 横櫛歯の画素電極で、ｅ−ｍｏｄｅ動作の場合の偏光板の透過軸の方向と各基板の配光軸の方向を示す模式図、および、横櫛歯の画素電極で、ｏ−ｍｏｄｅ動作の場合の偏光板の透過軸の方向と各基板の配光軸の方向を示す模式図である。 ＴＮ液晶パネルで、配光軸の方向が水平方向である場合のコントラスト分布を示す等高線、および、ＴＮ液晶パネルで、配光軸の方向が水平方向に対して４５度方向である場合のコントラスト分布を示す等高線である。 実施例１の各偏光板の透過軸方向とＩＰＳ方式液晶表示パネルとＴＮ方式のパララックスバリアパネルの基板の配光軸の方向を示す模式図である。 実施例１の液晶表示パネルとパララックスバリアパネルの種々の組み合わせの場合における偏光板の透過軸と基板の配向軸の方向を示す表である。 ＴＮ液晶パネルにおける配光軸方向と透過率の関係を示すグラフである。 パララックスバリア方式の３次元表示装置における従来例と実施例１−４の画面正面のクロストークと視角３０度の場合のクロストークを比較した表である。 アイトラッキングのシステムを示す模式図である。 視線が移動した場合の、本発明にけるパララックスバリア方式の原理を示す断面模式図である。 本発明のパララックスバリアパネルにおけるバリア領域と開口領域の形成を示す断面図である。 バリア電極が２層の場合の本発明のパララックスバリアパネルにおけるバリア領域と開口領域の形成を示す断面図である。 バリア電極が２層の場合の本発明のパララックスバリアパネルにおけるバリア領域と開口領域の形成の他の例を示す断面図である。 実施例２の各偏光板の透過軸方向とＩＰＳ方式液晶表示パネルとＴＮ方式のパララックスバリアパネルの基板の配光軸の方向を示す模式図である。 実施例２の液晶表示パネルとパララックスバリアパネルの種々の組み合わせの場合における偏光板の透過軸と基板の配向軸の方向を示す表である。 実施例３の各偏光板の透過軸方向とＩＰＳ方式液晶表示パネルとＴＮ方式のパララックスバリアパネルの基板の配光軸の方向を示す模式図である。 実施例３の液晶表示パネルとパララックスバリアパネルの種々の組み合わせの場合における偏光板の透過軸と基板の配向軸の方向を示す表である。 実施例３の各偏光板の透過軸方向とＩＰＳ方式液晶表示パネルとＴＮ方式のパララックスバリアパネルの基板の配光軸の方向を示す模式図である。 実施例４の液晶表示パネルとパララックスバリアパネルの種々の組み合わせの場合における偏光板の透過軸と基板の配向軸の方向を示す表である。

以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明による３次元表示装置の断面図模式図である。図１に示す装置は、液晶表示パネル３０００によって形成された画像を液晶パララックスバリアパネル１０００を用いて３次元画像を視認できる構成となっている。液晶パララックスバリアパネル（以後パララックスバリアパネルという）１０００と液晶表示パネル３０００は透明接着部材２０００によって接着している。

液晶表示装置は、自分では発光しないので、液晶表示パネル３０００の背面にバックライト４０００が配置されている。バックライト４０００は光源の他、導光板、拡散板、場合によっては、光の利用効率を向上させるためのプリズムシート等の光学部品を含んでいる。

図２はパララックスバリア方式の３次元画像表示の原理を示す断面図である。バリアパターン６００に形成されたバリア領域６１０と開口領域６２０によって、右眼は表示装置８００に形成された右眼用の画像のみを認識し、左眼は左眼用の画像のみを認識することによって、人間は、３次元画像を認識することが出来る。

本発明では、表示装置として、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルを用いる。ＩＰＳ方式の液晶表示パネルは画面を視る角度を大きくしても画像の表示品質が劣化しないという特徴を有する。図３（ａ）および（ｂ）は、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルの代表的な画素構造を示す平面図である。図３（ａ）および（ｂ）において、映像信号線２０２と走査線２０１に囲まれた領域に画素が形成されている。

図３（ａ）は、縦方向にスリット２０４を有する画素電極２０３が形成され、その下の図示しない層間絶縁膜を介して平面状にコモン電極２０５が形成されている。画素電極２０３には、映像信号線２０２からＴＦＴ２０７およびＴＦＴのソース電極と接続するスルーホール２０６を介して映像信号が供給される。ＴＦＴ２０７は、走査線２０１から分岐したゲート電極によってスイッチングされる。

図３（ａ）において、画素電極２０３に映像信号線２０２から電圧が供給されるとコモン電極２０５との間に電気力線が発生するが、この電気力線は、一旦液晶層をとおり、画素電極２０３に形成されたスリット２０４あるいは画素電極２０３の端部を通って画素電極２０３より下方に形成されたコモン電極２０５に達する。画素電極２０３から出た電気力線の横電界成分、すなわち、基板の主面と平行な電界成分によって、液晶層中の液晶分子３００が回転する。ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、この液晶分子３００の回転の量によって、画素毎に、画素を透過するバックライトからの光の量を制御して画像を形成する。

液晶分子３００は、画素電極２０３の上に形成された配向膜によって初期配向を受けており、この初期配向の向きからの回転量によって光の透過率を制御している。以後配向膜に形成された液晶分子３００に対する初期配向の向きを配向膜の配向軸と呼ぶ。配向膜に対する配向処理は、ラビング配向あるいは偏光紫外線を用いた光配向等が用いられる。図３（ａ）における配向軸は、画素電極２０３のスリット２０４の長手方向、すなわち、図３のｙ方向に対して８度程度傾いている。図３（ａ）における液晶分子３００の長軸の傾きが初期配向の向き、すなわち、配向軸を示している。これは、液晶分子３００が横電界を受けたさいに、画素内の全ての液晶分子に対して同一方向に回転させるためである。このように、画素内において、全ての液晶分子が同一方向に回転するような構成をシングルドメインと呼んでいる。以後、図３（ａ）の画素構造を縦櫛歯と呼ぶ。

図３（ｂ）の場合も図３（ａ）の場合もＩＰＳ方式としての基本動作原理は同じである。図３（ｂ）が図３（ａ）と異なる点は、画素電極２０３の形状と配向膜に形成された液晶分子３００に対する配向軸方向である。図３（ｂ）においては、画素電極２０３に形成されたスリット２０４の向きが横方向であり、かつ、スリット２０４が中央部において屈曲している。また、図３（ｂ）における配向膜の配向軸は、走査線の方向、すなわち、図３のｘ方向と平行である。図３（ｂ）において、液晶分子３００の長軸方向が初期配向の向きである。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）において、初期配向の向きをわかりやすくするために、液晶分子を大きく記載しているが、実際には、液晶分子は視認不可能なほど小さい。

図３（ｂ）の画素構造では、画素電極２０３におけるスリット２０４は水平方向である配向軸に対して画素の右側と左側において、傾きが異なっている。したがって、画素電極２０３に電圧が印加されると、液晶分子３００の回転する方向が画素の左側と右側において異なる。これによって、液晶表示パネルの視野角特性をより均一にすることが出来る。このように、画素内において、液晶分子３００の回転方向が複数存在する場合をマルチドメインと呼んでいる。マルチドメインは視野角特性を改良することが出来るが、ドメインの境界において、光を透過しない領域が発生し、この分、画素の透過率が小さくなる。図３（ｂ）においては、スリット２０４の屈曲部を結ぶ画素の縦中央線付近がこの境界に該当する。以後図３の画素電極構造を横櫛歯と呼ぶ。

図４は液晶パララックスバリアパネルの動作原理を示す断面図である。図４（ａ）も図４（ｂ）もＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の液晶パネルである。図４（ａ）において、対向基板５０には対向電極５５が平面べたで形成され、バリアパネル６０には、所定のピッチでストライプ状のバリア電極６５が紙面垂直方向に延在している。図４（ａ）は、対向電極５５とバリア電極６５との間に電圧が印加されていない状態であり、液晶表示パネルからの光は変調を受けない。したがって、この場合は、２次元画素が表示される。

図４（ｂ）は同じパララックスバリアパネルのバリア電極６５に対して１つおきに電圧を印加した場合である。バリア電極６５に電圧が印加された領域は光が遮光され、バリア電極に電圧が印加されない領域は光が透過する。これによって、パララックスバリアパネル主面から見ると、ストライプ状の遮光領域とストライプ状の開口領域が交互に形成されて見える。

本発明は、パララックスバリアパネルにＴＮ方式の液晶パネルを用い、表示装置にＩＰＳ方式の液晶表示パネルを用いるものである。液晶表示パネルにいわゆるｅ−ｍｏｄｅを用いるかｏ−ｍｏｄｅを用いるかによって、液晶表示パネルの配向軸方向、および、液晶表示パネルに貼り付けられる偏光板の透過軸方向が異なってくる。また、画素電極が横櫛歯の場合と縦櫛歯の場合とでも、液晶表示パネルの配向軸方向、および、液晶表示パネルに貼り付けられる偏光板の透過軸方向が異なってくる。したがって、ｅ−ｍｏｄｅを使用するかｏ−ｍｏｄｅを使用するか、画素電極に縦櫛歯を使用するか横櫛歯を使用するかによって、４つの組み合わせが存在する。

図５は、画素電極２０３に縦櫛歯を使用した場合であり、図５（ａ）がｅ−ｍｏｄｅ、図５（ｂ）がｏ−ｍｏｄｅの場合である。図５（ａ）および図５（ｂ）において、液晶表示パネルを構成するＴＦＴ基板２０の配向軸２１とカラーフィルタ基板３０の配向軸３１は同じ方向のｙ方向である。実際には液晶表示パネルの配向軸はｙ方向に対して８度程度傾いているが、図では、ｙ方向として表している。

図５（ａ）はｅ−ｍｏｄｅであるから、ＴＦＴ基板２０の下に貼り付けられる第１の偏光板１０の透過軸１１はＴＦＴ基板２０の配向軸方向２１と直角方向、すなわち、ｘ方向である。また、カラーフィルタ基板３０の上に貼り付けられる第２の偏光板４０の透過軸３１は、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板３０の配向軸方向３１と同じｙ方向である。パララックスバリアパネルを構成する対向基板５０の配向軸方向５１は、第２の偏光板４０の透過軸方向４１と同じｙ方向であり、バリア基板６０の配向軸方向６１はｘ方向となっている。パララックスバリアパネルはＴＮ方式の液晶表示装置を用いているからである。バリア基板６０の外側に貼り付けられる第３の偏光板７０の透過軸７１は、バリアパネルの配向軸方向６１と同じｘ方向である。

図５（ｂ）はｏ−ｍｏｄｅであるから、ＴＦＴ基板２０の下に貼り付けられる第１の偏光板１０の透過軸１１はＴＦＴ基板２０の配向軸方向２１と平行方向、すなわち、ｙ方向である。また、カラーフィルタ基板３０の上に貼り付けられる第２の偏光板４０の透過軸４１は、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板３０の配向軸方向３１と直角方向であるｘ方向である。パララックスバリアパネルを構成する対向基板５０の配向軸方向５１は、第２の偏光板４０の透過軸方向４１と同じｘ方向であり、バリア基板６０の配向軸方向６１はｙ方向となっている。パララックスバリアパネルはＴＮ方式の液晶表示装置を用いているからである。バリア基板６０の外側に貼り付けられる第３の偏光板７０の透過軸７１は、バリア基板６０の配向軸方向６１と同じｙ方向である。

図６は、画素電極２０３に横櫛歯を使用した場合であり、図６（ａ）がｅ−ｍｏｄｅ、図６（ｂ）がｏ−ｍｏｄｅの場合である。図６（ａ）および図６（ｂ）において、液晶表示パネルを構成するＴＦＴ基板２０の配向軸２１とカラーフィルタ基板３０の配向軸３１は同じ方向のｘ方向である。

図６（ａ）はｅ−ｍｏｄｅであるから、ＴＦＴ基板２０の下に貼り付けられる第１の偏光板１０の透過軸１１はＴＦＴ基板２０の配向軸方向２１と直角方向、すなわち、ｙ方向である。また、カラーフィルタ基板３０の上に貼り付けられる第２の偏光板４０の透過軸４１は、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板３０の配向軸方向３１と同じｘ方向である。パララックスバリアパネルを構成する対向基板５０の配向軸方向５１は、第２の偏光板４０の透過軸方向４１と同じｘ方向であり、バリア基板６０の配向軸方向６１はｙ方向となっている。パララックスバリアパネルはＴＮ方式の液晶表示装置を用いているからである。バリア基板６０の外側に貼り付けられる第３の偏光板７０の透過軸７１は、バリア基板６０の配向軸方向６１と同じｙ方向である。

図６（ｂ）はｏ−ｍｏｄｅであるから、ＴＦＴ基板２０の下に貼り付けられる第１の偏光板１０の透過軸１１はＴＦＴ基板２０の配向軸方向２１と平行方向、すなわち、ｘ方向である。また、カラーフィルタ基板３０の上に貼り付けられる第２の偏光板４０の透過軸４１は、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板３０の配向軸方向３１と直角方向であるｙ方向である。パララックスバリアパネルを構成する対向基板５０の配向軸方向５１は、第２の偏光板４０の透過軸方向４１と同じｙ方向であり、バリア基板６０の配向軸方向６１はｘ方向となっている。パララックスバリアパネルはＴＮ方式の液晶表示装置を用いているからである。バリア基板６０の外側に貼り付けられる第３の偏光板７０透過軸７１は、バリア基板６０の配向軸と同じｘ方向である。

ところで、ＴＮ方式の液晶表示パネルは、視野角が問題である。すなわち、斜め方向が見た場合、画面のコントラストが低下したり、色度が変化したりする。したがって、パララックスバリアパネルとしてＴＮ方式の液晶パネルを使用する場合、視野角が問題となる。ＴＮ液晶パネルでは、配向膜の配向処理はラビング方式が使用される。ＴＮ液晶パネルにおける視野角はラビング方向、すなわち、配向軸と４５度方向が視野角が最も広くなる方向であり且つ対称となる。

図５あるいは図６においては、ＴＮ液晶パネルにおける対向基板５０あるいはバリア基板６０の配向軸は、液晶表示パネルとして使用するＩＰＳ方式の液晶表示パネルにおけるＴＦＴ基板２０あるいはカラーフィルタ基板３０の配向軸と一致させているので、配向軸方向は、ｘ方向あるいはｙ方向となり、視野角が広く且つ対称となる領域は、ｘ方向あるいはｙ方向に対して４５度の方向である。

このような場合のコントラスト分布を示したものが図７（ａ）である。図７（ａ）において、曲線は、コントラストの等高線である。図７（ａ）において、ＴＭで示した等高線がコントラストが最も大きい範囲である。図７（ａ）において、水平方向、すなわち、０度−１８０度におけるコントラストが大きい部分ＴＨは限られた範囲である。

しかし、パララックスバリア方式の液晶表示装置では、視線がバリアパターンの延在方向に対して直角方向、すなわち、ｘ方向に移動した場合が問題となる。本発明においては、パララックスバリアパネルにおける対向基板およびバリア基板の配向軸をｘ方向に対し４５度方向にすることによって、バリアパターンの延在方向に対して直角方向、すなわち、ｘ方向の視野角を増大させるものである。

図７（ｂ）は、本発明におけるパララックスバリアパネルの視野角特性を示す等高線分布である。図７（ｂ）において、コントラストの最も大きい範囲の等高線をＴＭで示している。０度−１８０度におけるコントラストが大きい部分ＴＨは、図７（ａ）の場合に比較して拡大している。これによって、パララックスバリア方式において、視線が移動した場合のコントラストの低下や色度の変化を緩和することができる。

図８は、画素電極が横櫛歯でｅ−ｍｏｄｅの場合における第１乃至第３偏光板の透過軸、ＴＦＴ基板２０、カラーフィルタ基板３０、パララックスバリアパネルにおける対向基板５０、バリア基板６０の配向軸の関係を示す模式図である。第１偏光板１０と第２偏光板４０の透過軸、ＴＦＴ基板２０、カラーフィルタ基板３０の配向軸の関係は、ｅ−ｍｏｄｅであるかｏ−ｍｏｄｅであるかによって変化する。図８における重要な点は、カラーフィルタ基板３０の配向軸方向３１あるいは第２偏光板４０の透過軸４１がパララックスバリアパネルにおける対向基板５０の配向軸方向５１と一致していない点である。図８では、パララックスバリアパネルの対向基板５０およびバリア基板６０の配向軸方向５１、６１をｘ方向に対して４５度傾けるので、パララックスバリア方式の３次元表示装置の水平方向の視野角を向上させることが出来る。この場合の４５度は厳密な意味での４５度でなくともよい。実用的には、４５度±１０度であればよい。

図９は、実施例１における第１乃至第３偏光板の透過軸、液晶表示パネルおよびパララックスバリアパネルの基板の配向軸の関係を示す表である。図５および図６で説明した構成は比較例として記載されている。実施例１の欄は次のとおりである。実施例１は、画素電極が縦櫛歯、または、横櫛歯の場合、あるいは、動作モードがｅ−ｍｏｄｅ、または、ｏ−ｍｏｄｅの場合のいずれについても適用することが出来る。実施例１における第１および第２偏光板の透過軸方向、ＴＦＴ基板およびカラーフィルタ基板の配向軸方向は、比較例と同じである。実施例１は、パララックスバリアパネルにおける対向基板５０およびバリア基板６０の配向軸５１、６１、あるいは、第３の偏光板の偏光軸方向７１が４５度あるいは１３５度である点で比較例と異なっている。図９において、４５度と１３５度は互いに交換可能である。プラスｘ方向であれ、マイナスｘ方向であれ、ｘ方向に対して４５度の角度で交差すればよい。以下の図１８、図２０の表についても同様である。なお、この場合の４５度は厳密な意味での４５度でなくともよい。実用的には、４５度±１０度でよい。

図１０は、パララックスバリアパネルにおける対向基板とバリア基板における配向軸を第２あるいは第３偏光板の透過軸と合わせた場合（０度）と、本実施例におけるように、パララックスバリアパネルにおける対向基板とバリア基板における配向軸を第２あるいは第３偏光板の透過軸と４５度の角度とした場合における光の透過を比較したものである。図１０において、横軸は、対向電極とバリア電極との間の電圧、縦軸はパララックスバリアパネルの透過率である。図１０に示すように、パララックスバリアパネルにおける対向基板とバリア基板における配向軸を第２あるいは第３偏光板の透過軸と４５度の角度とした場合は、０度とした場合に比較してパララックスバリアパネルの透過率は大きく変化していないことがわかる。この結果から、45度の角度としたとしても光学的には影響がないと言える。 この影響をパララックスバリア方式における正面クロストークと視野角が画面の法線方向から３０度の場合におけるクロストークとで比較したものが、図１１である。図１１では実施例２−４も記載しているが、これらについては、後で説明する。図１１において、正面のクロストークは、比較例は０．６％であるのに対し、実施例１では１．５％と、劣化している。一方、法線方向から３０度傾いた方向から見た場合のクロストークは、比較例は６％であるのに対し、実施例１では３％と、大幅に向上している。したがって、視野角も考慮した全体的な３次元表示としては、実施例１のほうが向上しているといえる。

このように、本発明は、パララックスバリアパネルとして使用するＴＮ液晶パネルの視野角を向上させることによって、視線を移動させてもクロストークが大きくなることを防止することに主眼がある。視線の移動に合わせてパララックスバリアの位置を移動させると、視線を移動させた場合におけるクロストークをさらに減少させることが出来る。この場合、まず、視線の移動を感知し、これを表示装置にフィードバックさせる必要がある。

図１２は、視線の移動をカメラによって追跡し、このデータを表示装置にフィードバックするシステムを示すブロック図である。以後このシステムをアイトラッキング方式と呼ぶ。図１２において、人間の眼１１０の位置をカメラで測定する。このカメラは、携帯電話等における写真用カメラを使用すれば、特別に専用カメラを用いなくとも、このシステムを適用することが出来る。

図１２において、カメラで検出した人間の眼１１０の位置を位置検出器に入力し、位置検出器からバリア制御器にこの信号を入力する。バリア制御器は、バリア基板におけるバリアパターンの位置を制御するための信号を作り、この信号をパララックスバリアパネルを有する３次元表示装置に入力する。

図１３は、人間の眼１１０が移動した場合にも、右眼用の画素と左眼用の画素がクロストークしないように、人間の眼１１０の移動に合わせてバリアパターン６００を移動することを示す模式図である。図１３において、人間の眼１１０はバリアパターン６００を介して画素パターン８００を視認するので、人間は３次元画像を認識することが出来る。図１３は、図１３（ａ）から（ｃ）にかけて人間の眼が紙面に向かって左から右方向に移動していることを示し、それに合わせてバリアパターンが左から右方向に移動している。これによって、右眼用の画素と左眼用の画素のクロストークを防止することができる。

図１４は、パララックスバリアパネルにおいてバリアパターン６００を移動させるための電極構造を示すものである。図１４において、対向基板５０には対向電極５５が平面状に形成されていることは従来と同じである。一方、バリア基板６０におけるバリア電極６５は紙面垂直方向に延在するストライプ状である。図１４においては、５本のバリア電極６５をｏｎすることによってバリア領域を形成し、ｏｆｆ状態の５本のバリア電極６５に対応して開口領域６２０が形成されている。バリア領域６１０の位置を移動させるには、バリア領域６１０における片側のバリア電極６５をｏｆｆし、バリア領域６１０の他の側のバリア電極６５をｏｎさせればよい。

このように、複数のバリア電極６５によってバリア領域６１０を形成することで、バリア領域６１０の位置を移動させることが出来、アイトラッキングによるフィードバックをより正確に行うことが出来る。

なお、図１４において、バリア電極６５がｏｎになっている領域にバリア領域６１０が形成され、バリア電極６５がｏｆｆになっている領域に透過領域６２０が形成されている。また、バリア電極６５がｏｎになっている状態は、バリア電極６５に電圧が印加されている状態のことである。このバリア領域６１０の幅あるいは透過領域６２０の幅が、１画素の幅、すなわち、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）のサブピクセルの合計の幅となっている。

図１５は、バリア領域６１０を複数のバリア電極６５によって形成する場合における他の例である。図１１の例では、複数に分割されたバリア電極６５間に隙間が存在するので、この隙間において、光漏れが発生する危険がある。この光もれは右眼用画像と左眼用画像のクロストークの原因になる。図１５は、バリア基板６０側において、バリア電極６５を絶縁膜を挟んで２層形成し、対向基板５０側から見た場合、バリア電極６５間に隙間が発生しないようにしている。これによって、バリア領域６１０における光漏れは、完全に阻止され、光もれによるクロストークの発生を防止することが出来る。

図１６は、バリア領域６１０を複数のバリア電極６５によって形成する場合におけるさらに他の例である。図１６が図１５と異なる点は、上層のバリア電極６５の間隔がバリア電極６５の幅よりも小さく、下層のバリア電極６５２の幅が、上層のバリア電極６５の幅よりも小さいことである。バリア基板６０側において、バリア電極６５を絶縁膜６５３を挟んで２層形成し、対向基板５０側から見た場合、バリア電極６５間に隙間が発生しないようにする目的は図１５と同様である。すなわち、上層のバリア電極６５と下層のバリア電極６５２の幅は必ずしも同じ幅である必要は無い。

図１６のようなバリア電極６５の構成においては、絶縁膜６５３を挟んで隣同士の上層のバリア電極６５と下層のバリア電極６５２の電圧を同電位とすると動作が容易である。

以上のように、本実施例では、パララックスバリアパネルにおける対向基板５０とバリア基板６０の配向軸５１，６１が第２偏光板４０の透過軸と異なることによるパララックスバリアパネルの透過率の減少、および、正面におけるクロストークの増大等をきたすが、視線が移動した場合に、パララックスバリアパネルの視野角が小さいことによるクロストークの増大等による画質の劣化を抑えることが出来るので、全体としてパララックスバリア方式による３次元表示の表示品質を向上させることが出来る。

以上のように、バリア電極を複数に分割し、視線に合わせてバリア領域の位置を移動させることによって、よりクロストークの小さい３次元画像を形成することが出来る。また、アイトラッキング方式を用いることによって、パララックスバリアにおいて、視線を移動させた場合にもクロストークを抑え、良好な３次元画像を認識することが出来る。

図１７は本発明の第２の実施例を示すパララックスバリア方式３次元表示装置の模式図である。図１７が実施例１を示す図８と異なる点は、第２偏光板４０とパララックスバリアパネルの対向基板５０の間にλ/２位相差板８０が配置されていることである。λ/２位相差板８０の遅相軸８１の角度は、水平方向、すなわち、ｘ軸方向に対して２２．５度である。図８に示す実施例１では、図１０に示すように、正面透過率が低下する。これに対して、本実施例ではλ/２位相差板８０を使用することによって、第２偏光板４０を透過した光の偏光方向を回転させるので、パララックスバリアパネルの透過率を向上させることが出来る。その他の構成は図８と同様である。

本実施例も、画素電極が縦櫛歯の場合、横櫛歯の場合、ｅ−ｍｏｄｅ、ｏ−ｍｏｄｅのいずれのシステムにおいても適用することが出来る。図１８は、本実施例における第１乃至第３偏光板の透過軸、ＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板、対向基板、バリア基板の配向軸の関係を示す表である。本実施例では、λ/２位相差板を使用したことによって、パララックスバリアパネルの透過率を向上させ、パララックスバリア方式における正面クロストークを抑えることができる。また、パララックスバリア方式における視野角を向上させることが出来るのは、実施例１と同様である。

図１１に本実施例におけるクロストークに対する効果を示す。実施例２の正面クロストークは従来例よりも若干悪化しているが、実施例１よりも改善している。また、表示装置の主面に対する法線方向から３０度の場合のクロストークは従来例よりも大幅に改善し、実施例１よりもさらに改善している。これによって、パララックスバリア方式の３次元画像表示の表示品質を向上させることが出来る。

図１９は本発明の第３の実施例を示すパララックスバリア方式の３次元表示装置の模式図である。図１９が実施例２を示す図１７と異なる点は、パララックスバリアパネルの対向基板５０とλ/２位相差板８０との間に第４偏光板９０が配置されていることである。その他の構成は実施例２を示す図１７と同様である。実施例２においては、λ/２位相差板８０を用いることによって、第２偏光板４０を透過した光の偏光方向を回転させるので、パララックスバリアパネルの透過率を向上させているが、λ/２位相差板８０の効果は光の波長ごとに異なる。この点において、色度ごとに効果を見た場合、クロストークに対して十分な効果を得られない場合がある。

本実施例は、λ/２位相差板８０の後に、透過軸がパララックスバリアパネルの対向基板５０の配向軸方向５１と同じ４５度の第４偏光板９０を用いることによって、対向基板５０に入射する光を限定することにより、色度による特性の違いを防止している。本実施例も、画素電極が縦櫛歯の場合、横櫛歯の場合、ｅ−ｍｏｄｅ、ｏ−ｍｏｄｅのいずれのシステムにおいても適用することが出来る。

図２０は、本実施例における第１乃至第４偏光板の透過軸、ＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板、対向基板、バリア基板の配向軸の関係を示す表である。本実施例では、λ/２位相差板８０および第４偏光板９０を使用したことによって、実施例１に比較してパララックスバリアパネルの透過率を向上させ、パララックスバリア方式における正面クロストークを抑えることができる。また、パララックスバリア方式における視野角を向上させることが出来るのは、実施例１と同様である。

図１１に本実施例におけるクロストークに対する効果を示す。実施例３の正面クロストークは従来例よりも若干悪化しているが、実施例１および２よりも改善している。また、表示装置の主面に対する法線方向から３０度の場合のクロストークは従来例よりも大幅に改善し、実施例１および２よりもさらに改善している。これによって、パララックスバリア方式の３次元画像表示の表示品質を向上させることが出来る。

図２１は本発明の第４の実施例を示すパララックスバリア方式の３次元表示装置の模式図である。図２１が実施例１を示す図８と異なる点は、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルのＴＦＴ基板２０とカラーフィルタ基板３０の配向軸２１、３１が０度または９０度ではなく、４５度または１３５度である点である。これによって、液晶表示パネルとパララックスバリアパネルとの間にλ/２位相差板、あるいは、第４偏光板を配置しなくとも、透過率の減少を防止し、かつ、正面クロストークを軽減することが出来る。また、パララックスバリア方式における視野角を向上させることが出来るのは、実施例１と同様である。ただし、本実施例においては、画素電極の櫛歯電極あるいはスリットの向きを水平方向に対して約４５度傾ける必要がある。

図２２は、本実施例における第１乃至第３偏光板の透過軸、ＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板、パララックスバリアパネルの対向基板、バリア基板における配向軸の関係を示した表である。図２２において、４５度と１３５度は互いに交換可能である。例えば、縦櫛歯のｅ−ｍｏｄｅにおいて、第１偏光板の偏光軸は４５度で、ＴＦＴ基板の配向軸は１３５度となっているが、第１偏光板の偏光軸を１３５度とし、ＴＦＴ基板の配向軸を４５度としてもよい。

図１１に本実施例におけるクロストークに対する効果を示す。実施例４の正面クロストークは従来例よりも若干悪化しているが、実施例１および２よりも改善している。また、表示装置の主面に対する法線方向から３０度の場合のクロストークは従来例よりも大幅に改善し、実施例１および２よりもさらに改善している。

実施例１乃至３における図９、図１８、図２０において、画素電極が縦櫛歯の場合、液晶表示パネルのＴＦＴ基板あいは対向基板の配向軸は９０度となっているが、実際の製品では、液晶分子の回転方向を明確に規定するために９０度に対して、±８度程度配向軸方向をずらせている。また、実施例４における配向軸は４５度としているが、画素電極の形状がシングルドメインに対応する場合は、実際の製品では、液晶分子の回転方向を明確に規定するために４５度に対して、例えば８度程度配向軸方向をずらせている。デスクリネーションの発生を防止するためである。

要するに、図９、図１８、図２０等の表におけるＴＦＴ基板あるいはカラーフィルタ基板の配向軸方向である０度、９０度、４５度、１３５度等は、必ずしもこの角度に限らず、±１０度程度まで許容可能であるということである。

また、実施例１乃至３では、画素電極が図３（ａ）に示す縦櫛歯の場合がシングルドメイン、図３（ｂ）に示す横櫛歯の場合がマルチドメインであるとして説明した。しかし、図３（ａ）および（ｂ）は例であって、縦櫛歯の場合にも、スリットの形状を屈曲させる等することによってマルチドメインとすることが出来る。また、横櫛歯の場合も設計によっては、スリットの形状を屈曲させずに、シングルドメインの画素とすることも出来る。また、マルチドメイン構造の画素も図３（ｂ）の形状にかかわらず、他の形状とすることも出来る。

１０…第１偏光板、 １１…第１偏光板透過軸、 ２０…ＴＦＴ基板、 ２１…ＴＦＴ基板配向軸、 ３０…カラーフィルタ基板、 ３１…カラーフィルタ基板配向軸、 ４０…第２偏光板、 ４１…第２偏光板透過軸、 ５０…対向基板、 ５１…対向基板配向軸、 ５５…対向電極、 ６０…バリア基板、 ６１…バリア基板配向軸、 ６５…バリア電極、 ７０…第３偏光板、 ７１…第３偏光板透過軸、 ８０…λ/２位相差板、 ８１…λ/２位相差板遅相軸、 ９０…第４偏光板、 ９１…第４偏光板透過軸、 １００…画素、 １１０…眼、 ２０１…走査線、 ２０２…映像信号線、 ２０３…画素電極、 ２０４…スリット、 ２０５…コモン電極、 ２０６…スルーホール、 ２０７…ＴＦＴ、 ３００…液晶分子、 ６００…バリアパターン、 ６１０…バリア領域、 ６２０…開口領域、 ６５２…第２バリア電極、 ６５３…絶縁膜、 ８００…画素パターン、 １０００…液晶パララックスバリアパネル、 ２０００…接着材、 ３０００…液晶表示パネル、 ４０００…バックライト

Claims (4)

1. 画素電極が形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板を有するＩＰＳ方式の液晶表示パネルと、第１の方向に延在して第２の方向に第１のピッチで配列するバリア電極が形成されたバリア基板と対向電極が形成された対向基板を有するＴＮ方式の液晶パネルであるパララックスバリアパネルを積層したパララックスバリア方式の３次元表示装置であって、
   前記パララックスバリアパネルは、第１の数の隣接する前記バリア電極に電圧を印加することによってバリア領域を形成し、前記バリア領域に隣接し、前記第１の数の隣接するバリア電極には電圧を印加しないことによって開口領域を形成し、前記バリア領域と前記開口領域が第２のピッチで形成され、前記電圧を印加する前記バリア電極を変えることによって、前記バリア領域の位置を変えることが出来、
   前記ＴＦＴ基板の下には第１偏光板が配置し、前記カラーフィルタ基板の上には第２偏光板が配置し、前記バリア基板の上には第３偏光板が配置し、
   前記対向基板の配向軸方向は、表示画面の水平方向と４５度±１０度の角度をなし、
   前記カラーフィルタ基板の配向軸の方向と前記対向基板の配向軸方向とは、０度±１０度であることを特徴とする３次元表示装置。
2. 前記バリア電極の下に、絶縁膜を介して、第２のバリア電極が前記バリア電極と前記バリア電極の隙間を埋めるように配置し、前記第１の数のバリア電極と前記第１の数の前記第２のバリア電極によって、前記バリア領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
3. 人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる請求項１に記載の３次元表示装置。
4. 人間の眼の動きを感知するカメラを有し、前記人間の眼の動きに対応して前記電圧を印加する前記バリア電極と前記第２のバリア電極を変化させることにより、前記バリア領域の位置を変化させる請求項２に記載の３次元表示装置。

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